抽象工厂 Abstract Factory
抽象工厂（Abstract Factory）设计模式是一种创建型模式，它提供了一个接口，用于创建一系列相关或相互依赖的对象，而无需指定具体类。这个模式的核心思想是将对象的创建和使用分离开来，以便在不修改客户端代码的情况下，能够方便地扩展系统的对象创建。
动机
在软件系统中，经常面临一系列相互依赖的对象的创建工作，同时由于需求的变化，往往存在更多系列对象的创建工作。如何应对这种变化如何绕过常规的对象创建方法（new）提供一种封装机制来避免客户程序和这种多系列具体对象创建工作的紧耦合。
在软件开发中，常常会遇到需要创建一系列相关的对象的情况。例如，在一个图形用户界面（GUI）库中，可能需要同时创建按钮、复选框、文本框等不同的控件，而这些控件在不同的操作系统或主题下会有不同的实现。传统的工厂模式只能处理单一产品的创建，而无法处理一组相关产品的创建。在这种情况下，抽象工厂模式应运而生，它提供了一个解决方案来创建一系列相关对象，而无需关心具体的实现细节。
原理
抽象工厂模式的主要原理是定义一个用于创建一系列相关对象的接口（抽象工厂），而具体的工厂实现（具体工厂）则负责创建这些对象的具体实例。客户端代码只依赖于抽象工厂接口，而不依赖于具体工厂和具体产品，从而实现了对象创建的解耦。
结构
抽象工厂（AbstractFactory）：定义了创建一系列相关产品的方法。通常是一个接口或抽象类。
具体工厂（ConcreteFactory）：实现了抽象工厂接口，具体创建产品的实例。
抽象产品（AbstractProduct）：定义了产品的接口或抽象类。
具体产品（ConcreteProduct）：实现了抽象产品接口的具体类。
客户端（Client）：通过抽象工厂接口来调用具体工厂创建产品，而不需要直接接触具体产品的实现。
优点
解耦产品和客户端：客户端不依赖于具体的产品类，而只依赖于抽象工厂，这样可以方便地更换具体工厂实现而不修改客户端代码。
易于扩展：添加新的产品族（即新的具体工厂）时，只需要实现新的具体工厂和相关的具体产品，而不需要修改现有的客户端代码。
统一的接口：所有产品通过抽象工厂提供的统一接口进行创建，方便管理和维护。
代码推导
为了更好地理解使用抽象工厂模式的好处，可以通过一个简单的例子进行代码推导。我们将展示不使用抽象工厂模式的代码，然后对比使用抽象工厂模式的代码，来说明其优点。
不使用抽象工厂模式
假设我们有一个应用程序，它需要根据不同的操作系统创建不同的UI组件（如按钮和文本框）。
// 抽象产品
interface Button {
void render();
}
interface TextBox {
void render();
}
// 具体产品
class WindowsButton implements Button {
public void render() {
System.out.println("Render Windows Button");
}
}
class WindowsTextBox implements TextBox {
public void render() {
System.out.println("Render Windows TextBox");
}
}
class MacOSButton implements Button {
public void render() {
System.out.println("Render MacOS Button");
}
}
class MacOSTextBox implements TextBox {
public void render() {
System.out.println("Render MacOS TextBox");
}
}
// 客户端代码
public class Application {
private Button button;
private TextBox textBox;
public Application(String osType) {
if (osType.equals("Windows")) {
button = new WindowsButton();
textBox = new WindowsTextBox();
} else if (osType.equals("MacOS")) {
button = new MacOSButton();
textBox = new MacOSTextBox();
}
}
public void renderUI() {
button.render();
textBox.render();
}
public static void main(String[] args) {
Application app = new Application("Windows");
app.renderUI();
}
}
使用抽象工厂模式
下面是使用抽象工厂模式重构后的代码：
// 抽象产品
interface Button {
void render();
}
interface TextBox {
void render();
}
// 具体产品
class WindowsButton implements Button {
public void render() {
System.out.println("Render Windows Button");
}
}
class WindowsTextBox implements TextBox {
public void render() {
System.out.println("Render Windows TextBox");
}
}
class MacOSButton implements Button {
public void render() {
System.out.println("Render MacOS Button");
}
}
class MacOSTextBox implements TextBox {
public void render() {
System.out.println("Render MacOS TextBox");
}
}
// 抽象工厂
interface GUIFactory {
Button createButton();
TextBox createTextBox();
}
// 具体工厂
class WindowsFactory implements GUIFactory {
public Button createButton() {
return new WindowsButton();
}
public TextBox createTextBox() {
return new WindowsTextBox();
}
}
class MacOSFactory implements GUIFactory {
public Button createButton() {
return new MacOSButton();
}
public TextBox createTextBox() {
return new MacOSTextBox();
}
}
// 客户端
class Application {
private Button button;
private TextBox textBox;
public Application(GUIFactory factory) {
button = factory.createButton();
textBox = factory.createTextBox();
}
public void renderUI() {
button.render();
textBox.render();
}
public static void main(String[] args) {
GUIFactory factory = new WindowsFactory();
Application app = new Application(factory);
app.renderUI();
}
}
对比分析
不使用抽象工厂模式的缺点
- 紧耦合：客户端代码（
Application类）直接依赖于具体的产品类（WindowsButton,WindowsTextBox,MacOSButton,MacOSTextBox），这使得代码难以维护和扩展。 - 缺乏灵活性：如果要增加新的操作系统或新的产品族，需要修改客户端代码，这违背了开闭原则（对扩展开放，对修改关闭）。
- 代码冗长：每次添加新产品都需要在客户端代码中添加相应的逻辑，导致代码冗长且难以阅读。
使用抽象工厂模式的优点
- 解耦合：客户端代码只依赖于抽象工厂接口（
GUIFactory）和抽象产品接口（Button,TextBox），与具体的产品类无关。这大大降低了代码的耦合度。 - 灵活性：添加新的产品族（如新的操作系统支持）只需实现新的具体工厂和具体产品，而不需要修改现有的客户端代码。
- 遵循开闭原则：系统可以方便地扩展新的功能（如新的产品族），而不需要修改现有的代码。
- 统一接口：通过抽象工厂提供的统一接口创建对象，代码更加简洁和一致。
通过这个例子，可以看出使用抽象工厂模式可以显著提高代码的灵活性、可维护性和扩展性，是一种非常有效的设计模式。
